Черную дыру в центре Млечного Пути заподозрили в обогащении Галактики органикой

Астрофизики провели моделирование влияния сверхмассивной черной дыры в центре Млечного Пути на химическую эволюцию молекул в окружающей среде. Оказалось, что в периоды активности, рентгеновское излучение могло стимулировать образование многих молекул, в том числе воды и метанола, на расстояния вплоть до восьми килопарсек. Этот эффект может быть важным в контексте появления органических молекул до возникновения жизни, пишут авторы в препринте на arXiv.org

По современным представлениям в ядре каждой крупной галактики расположена сверхмассивная черная дыра (СМЧД). Млечный Путь в этом смысле не исключение — в его центре находится объект Стрелец A*, который проявляет себя как неактивная черная дыра с массой около четырех миллионов солнечных.

На данный момент нет полноценной теории роста СМЧД, но считается, что они могут набирать столь большую массу посредством нескольких периодов интенсивного поглощения газа. В такие эпохи в галактике появляется активное ядро, а существенная доля гравитационной энергии падающего вещества преобразуется в другие виды, в том числе в излучение. Оценки показывают, что периоды активности могут занимать от одного до десяти процентов времени жизни всей галактики.

Сегодня Стрелец A* неактивен, но в прошлом и эта СМЧД должна была переживать периоды резкого повышения аккреции. Одним из указаний на это являются пузыри Ферми — огромные оболочки из горячего газа, наблюдающиеся вне плоскости Млечного Пути. Если они связаны с бившими из центра струями, то ядро было активным не далее как несколько миллионов лет назад.

Сянь Чэнь (Xian Chen) из Пекинского университета и его коллеги построили численную модель воздействия обильного количества жесткого рентгеновского излучения в фазе активного ядра на формирование молекул. Согласно полученным результатам, Стрелец A* мог не только представлять угрозу для ранней жизни, как предполагалось в некоторых предыдущих работах, но и принять участие в формировании благоприятных для зарождения жизни условий.

Рентгеновские фотоны с энергией выше 10 килоэлектронвольт практически не блокируются газом в диске галактики и могут распространяться на значительные расстояния. При взаимодействии с материей такой квант выбивает электрон и ионизует атом или молекулу. В результате получаются частицы с высокой реакционной способностью, которая намного больше, чем у нейтральных веществ. Таким образом, рентгеновские фотоны могут стимулировать химическую эволюцию и, в том числе, образование сложных соединений.

В рамках данной работы ученые оценивали влияние активности центральной черной дыры на появление молекул H₂O, CH₃OH и H₂CO на поверхности твердых частиц пыли и в газовой фазе. Для примера авторы рассматривают холодное молекулярное облако, расположенное на расстоянии в четыре килопарсека от центра галактики.

Модель предсказывает, что на этапе интенсивного облучения рентгеновскими фотонами на частицах молекул воды становится чуть больше, в газовой фазе — чуть меньше, а в течение последующих миллионов лет в первом случае повышенная концентрация сохраняется, а во втором — возвращается к исходным значениям. Для CH₃OH и H₂CO ситуация оказалось иной: на поверхности частиц в активной фазе концентрация увеличилась на 1–2 порядка и сохранилась на протяжении миллионов лет, в газовой фазе количества этих соединений сперва показывали разнонаправленную динамику, но после завершения облучения стали расти, достигнув спустя десять миллионов лет значений примерно в сто раз выше, чем в случае отсутствия облучения.

Авторы также предсказывают, что данный эффект должен наиболее сильно проявляться для плотных и молодых молекулярных облаков, расположенных на небольших галактоцентрических расстояниях. Если это утверждение будет подтверждено наблюдениями, то изучение таких объектов поможет восстановить историю активности Стрельца A* на многие миллионы лет в прошлое.

Ранее ученые разрешили планетам формироваться вокруг сверхмассивных черных дыр, зафиксировали возобновление активности центральной черной дыры Млечного Пути и протестировали с помощью нее один из ключевых принципов общей теории относительности — локальную пространственную инвариантность.

Тимур Кешелава